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等离子光氧催化设备去除污染物研究现状及去除室内污染物研究现状

2022-08-06 16:48:57
动态详情

其一、等离子废气净化器去除污染物研究现状
等离子光氧催化设备技术是20世纪60年代兴起的一门交叉技术,它是涉及物理学、化学、生物学和环境技术的一项全技术。等离子体被称为物质的第四态,有电子、离子、自由基和中性粒子组成,是导电性流体,总体上保持电中性。低温等离子体技术在提高VOCs净化效率上具有很大的优点,在低温等离子体去除污染物研究方面主要集中在以下几个方面:
(1)产生等离子体的放电方式研究:等离子体的产生方式主要有表面放电、介质阻挡放电、直流电晕放电、脉冲电晕放电等方法,实验结果表明无论是哪种产生方式,低温等离子体对污染物去除都发挥着作用,但是每种等离子体的产生方法都有着各自的优缺点,有需要进行放电方式的选择,在后文将详述;
(2)低温等离子体与催化剂结合作用的研究:这种催化剂通常为电介质材料BaTi03、吸附材料(A1203或沸石BaTi03)、或具有光催化的材料Ti02等:通过反应器内填充催化剂BaTi03,在外加交流电作用下较化填充料,从而在填充催化剂附近形成强电场,产生局部放电,其结果表明,催化剂BaTi03存在时,甲醛的去除率提高了近20%,苯的去除率提高10%左右,去除率提高了30%但实验过程中,没有探讨二次污染物臭氧生成情况;在催化剂为BaTi03和A1203的研究方面:在单独使用催化剂BaTi03时能量利用效率低,因A1203有很好的吸附性,将BaTi03和多孔A120:的混合作为填充料进行了实验研究,通过实验结果对比发现二者的混合作用提高了二碳的选择性(表示反应的全部度),同时降低了氮物的生成量,但是与此同时,在等离子体产生的同时会有大量臭氧的产生,BaTi03对臭氧并没有的去除效果,二次污染仍然存在,而研究者并没对臭氧的处理提出去除方法;在催化剂为Ti02或Mn02的研究方面:
通过将二钦及二锰作为催化剂对污染物进行去除实验,以能量密度0.36kJ/L为例,苯去除率在36%左右,伴有大量臭氧的生成,在有催化剂二锰存在时,苯的去除率达55%左右,臭氧的生成量几乎接近于零,在采用二钦时,苯的去除效果也增加了一倍左右,虽然臭氧的量深受限制,但实验系统中实验段为直径为10.6mm的管结构,对于较大结构的反应器未作研究,因而不利于实际中反应器的放大。另外,在等离子体结合催化剂的过程中一些研究者提出了一些有意义的建议,关于臭氧的去除问题,但并没有提出合理的措施加快臭氧;利用等离子产生过程产生紫外光的作用,来激发T12产生空穴与电子去除有机物,验证了低温等离子产生过程中可发出低于激发纳米T12波长的紫外光,起到光源的作用,对于低温等离子体技术与光催化技术的结合有着重要的知道意义。
(3)低温等离子体的反应器结构研究:不同的电较结构对于等离子体产生情况是不同的,产生低温等离子体的电较结构目前主要包括线一管、针一板、线一板、板一板等类别;
线一管电较结构反应器:大部分的实验结构为线一管式填充反应器(如前面催化剂的讨论),线一管式两级间距固定,等离子体从中心到外壁的传播导致反应器内形成不均匀的等离子区域,这种线一管反应器结构存在反应器放大难的问题,因而对于实际工业过程中去除大量的污染气体此种结构就受到很大的限制。
其二、等离子净化器去除室内污染物研究现状
对于纳米光催化空气净化技术的研究,众多研究一方面主要集中在提高催化齐」活性和降低能带方面,另一方面是通过将光催化与其他技术联用以提高污染物去除效果:
(1)等离子废气处理设备在提高催化剂活性和降低能带方面:主要通过掺杂金属离子,贵金属,复合半导体等来减小电子与空穴的复合,降低带隙能带来提高光催化效率。
(2)在催化剂活性确定前提下,为提高污染物的污染物的去除效果,主要通过将光催化技术与活性炭吸附和臭氧净化相结合的研究:在光催化技术与活性炭技术相结合研究方面:做了大量工作,通过分析流速、初始浓度、湿度等对污染物去除效果的影响,结果发现光催化技术在污染物浓度较高条件下光催化反应效率较高,而在污染物浓度较低条件下的污染物光催化去除效果不明显;为了提高低浓度下污染物光催化净化效率,通过将纳米Ti02负载不同的活性炭载体上,进行光催化去除甲醛的实验,结果表明,在无活性碳存在时,甲醛去除率25%左右,而活性炭网存在时去除率可达75%,同时光催化作用延长了活性炭的吸附活性,但是随着来流气体速度的增加,以活性炭网载体为例,0.44cm/s时,甲醛的去除率可达71%左右,而在流速增加到1Cm/S时,去除率仅为45%左右,去除效果随流速增加而下降,尽管活性炭发挥了吸附作用,对污染物去除效果的提高起到了作用,但是对于去除率和处理量的提高仍然是有限的;均守光催化与活性炭相结合对苯等污染物进行了去除实验,在流速为1.18cm/s时,无活性碳存在时,苯的去除率仅为17%左右,而活性炭存在时其去除率可达52%左右,结果表明在利用活性炭的吸附功能在催化剂表面形成局部的浓度好,对于提高污染物的去除效果起到了作用,但发现两种技术相结合污染物去除率的提高也有限,且污染物反应流速(即处理量)较小,气体流速大多在0.07cm/s一1.18cm/s之间。
即随着污染物流量的增加与流速的加快,光催化的去除效果下降,尽管活性炭的存在提高提高了污染物的局部浓度好,但是对于污染物的去除量仍然受到限制。
在光催化与臭氧净化技术相结合研究方向:光催化与臭氧相结合,对进行去除实验,利用臭氧产生的强性的氧原子对污染物进行去除,结果表明在入口量为5ppmv时,单独光催化作用时,去除率为82%左右,而与臭氧共同作用时,去除率可达90%左右,当入口浓度20ppmv时,单独光催化作用时,去除率仅为16%左右,而与臭氧相结合时,去除率可达到78%左右;光催化技术与臭氧相结合对甲醛进行去除实验,通过有无臭氧的对比情况的对比,在低浓度1.84mg/m3时光催化去除率73.6%,在臭氧存在时去除率可达79.4%,在浓度好24mg/m3时,光催化去除率为43.4%,有臭氧存在时去除率为72%,可知臭氧的存在地提高了污染物的去除的去除效果,但臭氧本身是一种对人体无益的污染物,对于室内空气净化,实际应用过程中应严格控制参与反应后臭氧的残余量,以减少对人体的二次污染。另外在对甲醛进行去除时,甲醛的来流速度为1.06cm/s,处理量也受到限制,因而应采用的结合技术提高室内污染物低浓度下去除量是光催化技术实际应用的关键。

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